美國高中教科書《化學：概念與應用》特色欄目的分析

辛雪 季春陽

摘要：以美國高中理科教科書《化學：概念與應用》作為研究對象，基于培養學生科學素養的視角對該教科書的特色欄目進行分析，結合我國普通高中化學課程標準得出啟示，希望為我國化學教科書的編寫提供幾點參考。

關鍵詞：美國化學教科書;科學素養;教科書編寫

文章編號：1008-0546（2020）02-0005-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.002

我國《普通高中化學課程標準（2017年版）》中明確提出，“化學學科核心素養是學生必備的科學素養，是學生終身學習和發展的重要基礎;化學課程對于科學文化的傳承和高素質人才的培養具有不可替代的作用”。可見，化學作為自然科學領域的一門重要基礎學科，科學素養和化學學科核心素養存在著實質性的關系，化學學科核心素養是科學素養的學科化，而科學素養是化學核心素養的科學化。《化學：概念與應用》作為美國高中階段科學教材的代表之一，是以“像科學家那樣思考;像科學家那樣探索;知識能力方法并重;動手動腦趣味無窮等”為目標展開的，對我國科學素養培養的實施以及中學化學教科書編寫具有啟示和借鑒價值。本文將基于學生科學素養培養的視角，對《化學：概念與應用》中“氧化還原反應”一章中的特色欄目加以分析，尋求欄目與科學素養的關系，并闡述其對教科書編寫的啟示，希望為我國化學教科書的編寫提供借鑒和參考。

一、科學素養的內涵

科學素養最早是由美國學者科南特首先從科學家的角度進行論述的，1985年美國針對科學教育改革提出了“2061計劃”，為了提高公民的“科學素養”，其內容不僅涉及了科學知識和原理，還包含了科學研究的過程與方法、科學發展史、科學技術與社會之間的關系。不同學者對科學素養的含義有不同的理解與表述（見表1）。筆者認為，對于中學生來說，科學素養是學生在學習科學知識及了解科學研究的內容與方法的過程中逐步形成的適應社會和自身發展需要的基本品質和能力。

綜合學者們的觀點可知，科學素養包括科學概念、科學事實、科學原理、科學定律、科學研究的過程、科學態度、科學精神和科學價值觀。本文將上述科學素養分為以下三個維度：科學知識、科學過程與方法、科學本質和價值。其中科學知識包括科學概念、科學事實、科學原理和科學定律，是科學素養的載體;科學過程與方法包括科學研究的過程和所應用到的方法，是科學素養的重要組成部分;科學本質和價值包括科學態度、科學精神和科學價值觀，是科學素養的核心體現。

二、《化學：概念與應用》中特色欄目的設置

本義將以科學素養的三個維度即科學知識、科學過程與方法、科學本質和價值為依據，對《化學：概念與應用》巾的特色欄目進行劃分總結，尋找欄目的功能以及與科學素養的對應關系。

1.科學知識類欄目

科學知識是科學素養的載體。畢華林認為，從新課程改革“培養學生科學素養”的主旨出發，課程內容的選擇應是學生終身學習和適應現代社會生活所必需的。教科書主要通過“生活巾的化學”“化學與社會”“化學與技術”“跨學科鏈接”“工作原理”等欄目呈現，這幾個欄目在每一章巾都有所設置，每一章的欄目巾都以不同的情景素材展開，介紹不同的科學知識，表2所列是“氧化還原反應”巾科學知識的欄目及相應的功能。以“化學與技術”欄目為例，這一欄目以法醫學巾的血液檢測為情景素材，普及法醫檢測血液的原理即血液巾的血紅蛋白能夠催化有機指示劑的氧化，從而產生能夠發光的物質。欄目巾的內容讓學生運用所學知識回答相關問題，幫助學生進一步理解科學知識，并且注重知識的應用。學生在閱讀欄目時，不僅豐富知識內容，還能從素材巾關注科學知識的技術成果對社會發展的影響。教科書巾呈現的科學知識不僅是化學知識，更涉獵與化學相關的生活、社會、技術和其他學科的科學知識，通過欄目設置，學生將學習不同欄目的不同科學知識，培養學生的科學素養。

2.科學過程與方法類欄目

科學過程與方法是科學素養的動態化體現，它是對科學知識動態化的過程，通過培養科學過程與方法實現科學知識的內化。《化學：概念與應用》巾科學過程和方法類欄目主要包括實驗和習題兩個欄目。

（1）實驗欄目

高巾階段，實驗是學生科學探究的主要途徑，也是學生體驗科學過程和掌握科學方法的重要手段。教科書巾的實驗類型有起步實驗、化學實驗、迷你實驗、家庭實驗四類。這幾個實驗在每一章巾都有所設置，其巾起步實驗是在每章之前呈現的與本章內容相關的導人實驗，化學實驗和迷你實驗是與本章內容相關的課堂實驗，家庭實驗是每章內容學習后的趣味實驗。四種類型的實驗比例均勻，分布位置合理，形成了完整的體系，促進學生知識能力和思維模式的建構。表3所列是“氧化還原反應”巾實驗的欄目及功能。

顯然，教科書巾選取的實驗比較多樣化，實驗主題和實驗的組織形式更突出綜合化。實驗是通過提出問題，猜想和假設，實驗方案的設計，實驗方法的優化，實驗步驟的操作，最后解決問題。這符合科學探究的過程，其巾學生對于實驗方法的評價與選擇的過程也是科學素養形成的過程。

（2）習題欄目

教科書對于科學方法類知識尤為重視，不僅在正義內容巾介紹了多種科學模型，在習題上，設置了系統化的欄目，訓練學生的科學方法，體現習題欄目的導向功能。習題編排采用循序漸進的原則，從學習知識到應用知識的過程也是學生思維深入的過程，有較強的系統性、科學性和嚴謹性。

教科書中的習題主要是章末復習。章末復習有知識概要、理解概念、應用概念、理性思維、復習回顧、技能訓練、科技寫作、解決問題八個欄目。表4所列是“氧化還原反應”中習題的欄目及功能。其中“知識概要”是用專業術語總結本章的基本概念、原理;“理解概念”引導學生是以問題組的形式思考，測試對化學概念和原理的理解;“應用概念”側重于學科交叉內容，提高學生的綜合能力;“理性思維”是通過SI制測量、因果分析、規律識別、運用圖表等科學方法培養學生的理性思維;“復習回顧”是將已有知識和新知識結合起來，形成知識鏈;“技能訓練”是訓練學生運用圖表、構建模型等科學方法，強化動手操作的能力;“科技寫作”是促進學生概念的發展、增進學生高層次的思考，在開展科學寫作的過程中，促進學生深入思考科學問題的方法。

《化學：概念與應用》的習題欄目豐富，涉及面廣，習題設置更加注重陳述性知識與程序性知識的融合，重視培養學生的科學探究能力，注重培養學生的發散性思維、創造性思維、批判性思維。章末習題從知識概要到解決問題，學生的思維隨欄目設置逐漸深入，有利于學生認知結構的形成，在習題中重視科學方法的訓練，全面檢測學生的科學素養。

3.科學本質和價值類欄目

科學本質和價值是科學素養的核心思想，科學是對歷史的反映，是時代進步的標志，理解科學本質是科學素養的核心成分之一。教科書中科學本質和價值欄目主要包括科學史實和詞源兩個欄目。表5所列是“氧化還原反應”中詞源和科學史實的欄目及功能。例如在“氧化還原反應”中就涉及了青銅時代的歷史、“笑氣”N20、肌紅蛋白。通過科學史實的引入，學生可以看到科學知識在歷史發展過程中的演變，尤其是證實和證偽的過程，讓學生明白科學知識也是動態發展的，并不像教科書中所陳述的“科學家認為……”這樣簡短的字句，理解科學的本質和價值，從而培養學生的科學素養。

國內的教科書多在章節的末尾呈現，作為本節內容的情景素材，多數的作用是吸引學生的興趣，擴大學生的知識面。但《化學：概念與應用》中的科學史實和詞源是以正文內容為主，相應地設置在知識內容旁邊，而且內容涉及廣泛，不僅僅學習教科書中呈現的結論性知識，更要通過知識發展的過程和事實理解科學本質。

三、對我國化學教科書編寫的幾點啟示

1.豐富欄目的設計，提高科學素養

教科書中欄目的設計具有導向作用，不同欄目具有不同的功能。欄目的設計應符合學生認知發展規律，設置豐富的活動模塊，引導學生運用圖表等多種科學方法進行知識的建構。欄目應該滿足學生對科學知識的需求，讓學生理解化學學科不是孤立存在的，學生在學習教科書的過程中不僅學習了化學專業知識，更培養學生從生活中發現化學問題，以知識傳輸為載體解決化學問題，重在培養學生的科學素養。

2.呈現方式合理化，構建完整體系

化學教科書內容呈現方式應合理化，以反映化學學科知識間固有的邏輯關系。教科書應結合化學學科的特點根據學生認知發展的階段性特點，合理呈現化學內容。教科書具有完整的知識體系，不僅僅是知識的簡單呈現，更重視科學家發現知識的過程、思想和方法。學生能夠在學習知識的過程中體會科學發展過程。在學生已有的知識基礎和生活經驗上呈現化學知識，使教科書體系符合學生的認知建構。

3.營造教科書情境性，彰顯STSE理念

我國《普通高中化學課程標準（2017年版）》指出，化學教科書內容應關注學生現實的生活經驗，反映化學發展的特點和發展趨勢。因此，編寫教科書時應注意營造教科書的情境性，在情境中融人STSE理念。例如，“原子間的化學鍵”對于學生來說比較抽象，在正文知識內容前，可以借助生活中常見的粘貼物品的“膠水”。起聯結作用的“膠水”，實際上就是原子間所共用的一些電子，讓學生理解如何利用情境理解知識。化學涉及的內容小到生產生活，大到國防科技，情景素材可以選擇社會生活、前沿科技、綠色環保等內容，通過現實生活中的情境素材，學生從不同角度思考問題，培養發散思維，提高學生的核心素養。

4.增強學科交融性，注重全面發展

加強化學與數學、生物、歷史、地理等學科的聯系，引導學生理解物質及其在科學背景下的變化，幫助學生拓寬知識面，可以提高學生綜合運用知識解決問題的能力，培養學生的全面發展。例如在“酸堿平衡”可以結合人體血液中的酸堿狀況，使學生認識到“酸堿平衡”與生物體的密切關系;化學實驗中運用圖表、圖像分析問題，使學生掌握運用數學方法來解決化學問題。現代社會需要的是全面發展的人才，這就要求教科書在編寫時應關注學科之間的交融性。

5.強化實驗探究性，培養科學思維

化學實驗內容是教科書的重要組成部分，化學實驗對于全面發展學生的化學學科核心素養有著極為重要的作用。如何呈現多樣化的化學實驗，有效地發揮實驗的功能是實驗設計有待解決的問題。化學實驗的功能，不僅在于獲得實驗結果，更重要的是學生體驗獲得實驗結果的探究過程。探究不是外在的形式，而是實驗內容要全面涵蓋探究的要素，將其進行必要的細化和分解，在實驗過程中體現探究思想。中學化學實驗是培養學生探究能力的重要基礎，而發現和提出問題是探究的開始，所以教科書可以采用創設情境一發現問題一提出假設一驗證假設一得出結論一解決問題的實驗探究模型，使學生體驗科學研究的思路和方法，進而培養學生科學思維。教科書應強化實驗的探究性，適當增加家庭實驗、創新實踐活動等，讓學生在實驗探究活動中認識科學探究過程，發展實踐能力。